JP2016176873A - Method for manufacturing coaxial metal body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属積層3Dプリンタを使用した同軸金属体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a coaxial metal body using a metal laminated 3D printer.
近磁界プローブとしてよく使われているシールデッドループアンテナは、シールド構造によって、電界には感度がなく、磁界のみ感度があることが期待されている。磁界プローブについては、芯線と外皮導体との間に誘電体部材が配置された同軸線路により構成されたものが特許文献1に開示されている。また、シールデッドループアンテナを製造する方法としては、同軸ケーブルを使用し、手加工で製造する方法や、プリント板製作技術(フォトリソグラフィ技術)を用いて製造する方法がある。
A shielded loop antenna often used as a near-field probe is expected to have only a magnetic field sensitivity and no sensitivity to an electric field due to a shield structure.
しかし、同軸ケーブルを使用し、手加工でシールデッドループアンテナを製造する方法では、シールデッドループアンテナに必要な精度が出すことが困難であった。また、プリント板製作技術を使用してシールデッドループアンテナを製造する方法では、ガラスエポキシ等の基板材料の影響で、電気長が長くなってしまい、アンテナの送受信周波数の上限が低くなってしまっていた。さらに、同軸ケーブルやセミリジットケーブルを用いてシールデッドループアンテナを製造する場合、その構造の非対称性から電界にも感度が生じる場合もあった。 However, in the method of manufacturing a sealed dead loop antenna by using a coaxial cable and manually processing, it is difficult to obtain the accuracy required for the sealed dead loop antenna. In addition, in the method of manufacturing a shielded loop antenna using printed circuit board manufacturing technology, the electrical length becomes longer due to the influence of the substrate material such as glass epoxy, and the upper limit of the transmission / reception frequency of the antenna is lowered. It was. Furthermore, when a shielded loop antenna is manufactured using a coaxial cable or a semi-rigid cable, the sensitivity of the electric field may occur due to the asymmetry of the structure.
一方、金属積層3Dプリント技術を使用した3Dプリンタを使用して、電子産業等で使用される電子的および/または機械的な構造、構成要素、および装置を製作する方法については、例えば特許文献2に開示されている。即ち、特許文献2は、誘電体の金属化処理による同軸構造の製法を提案するものである。
On the other hand, for a method of manufacturing an electronic and / or mechanical structure, component, and apparatus used in the electronics industry or the like using a 3D printer using a metal laminated 3D printing technology, for example,
特許文献2における誘電体の金属化処理による同軸構造の製法では、中空に浮いた金属を製造することは可能である。しかしながら、シールデッドループアンテナのような湾曲した構造において、電気的に浮いた状態でどの部分の外側金属からも芯線が中心にある同軸構造を製造することはできない場合があった。
In the manufacturing method of the coaxial structure by the metallization process of the dielectric material in
本発明の目的は、金属積層3Dプリント技術利用して、シールデッドループアンテナのような湾曲した構造でも、電気的に浮いた状態でどの部分の外側属からも芯線が中心にある同軸構造を製造することができる同軸金属体の製造方法を提供することである。 The object of the present invention is to manufacture a coaxial structure in which the core wire is centered from the outer genus of any part even in a curved structure such as a shielded loop antenna, using a metal laminated 3D printing technology. It is providing the manufacturing method of the coaxial metal body which can do.
本発明の一側面に係る同軸金属体の製造方法は、チューブ状の外側金属及び外側金属の内側に配置される内側金属を備える同軸金属体の製造方法であって、不連続部と開口部を有する外側金属、開口部と対向した対向部を有する内側金属、及び、不連続部において外側金属に対して内側金属を仮支持する接続金属部材を3Dプリンタを用いて形成し、開口部から絶縁部材を挿入して、外側金属に対して内側金属を支持する様に、開口部と対向部の間に絶縁部材を配置し、接続金属部材を除去する、工程を有することを特徴とする。 A method for manufacturing a coaxial metal body according to one aspect of the present invention is a method for manufacturing a coaxial metal body including a tube-shaped outer metal and an inner metal disposed inside the outer metal, and includes a discontinuous portion and an opening. An outer metal having an inner metal having an opposing portion facing the opening, and a connecting metal member that temporarily supports the inner metal with respect to the outer metal at the discontinuous portion are formed using a 3D printer, and the insulating member is formed from the opening. And inserting an insulating member between the opening and the facing portion so as to support the inner metal with respect to the outer metal, and removing the connecting metal member.
本発明によれば、同軸金属体が、精度良く、且つ、湾曲した構造でも、電気的に浮いた状態でどの部分の外側属からも芯線が中心にある同軸構造を製造することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to manufacture a coaxial structure in which the core wire is centered from the outer genus of any part in an electrically floating state, even if the coaxial metal body is an accurate and curved structure. .
以下、本発明の一側面に係る同軸金属体の製造方法について図を参照しつつ説明する。但し、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。 Hereinafter, a method for manufacturing a coaxial metal body according to one aspect of the present invention will be described with reference to the drawings. However, it should be noted that the technical scope of the present invention is not limited to these embodiments, but extends to the invention described in the claims and equivalents thereof.
金属積層3Dプリント技術を使用した3Dプリンタよってシールデッドループアンテナを製造すると、桁違いに対称な構造を製造することができる。例えば、金属積層3Dプリント技術を使用する3Dプリンタでは、技術の進歩でさらに改善が期待できるが、現時点の技術においては、0.05mm厚のステップで金属粉を積層するため、±0.025mm程度の精度が確保される。このため、中心導体の直径が1mm程度の同軸構造であれば、公差は±2.5%程度になる。即ち、金属積層3Dプリント技術を使用した3Dプリンタでは、0.05mmの精度で造形物を製造できるので、全長10cmの造形物であれば、0.05%の精度で製造することができる。 When a shielded loop antenna is manufactured by a 3D printer using a metal laminated 3D printing technique, an extremely symmetrical structure can be manufactured. For example, in a 3D printer that uses metal lamination 3D printing technology, further improvement can be expected due to technological progress. However, in the current technology, metal powder is laminated in steps of 0.05 mm, so about ± 0.025 mm. Accuracy is ensured. For this reason, if the center conductor has a coaxial structure with a diameter of about 1 mm, the tolerance is about ± 2.5%. That is, in the 3D printer using the metal lamination 3D printing technique, a modeled object can be manufactured with an accuracy of 0.05 mm. Therefore, a modeled object having a total length of 10 cm can be manufactured with an accuracy of 0.05%.
これに対して、セミリジッドケーブルを手曲げした場合は、精度は±1mm程度が限界である。また、プリント板製作技術では、絶縁体の厚さやパタン幅などの誤差が影響する特性インピーダンスの精度は±10%程度である。これに加えて、プリント板では基板のそりの問題があり、例えば、30mm以下の寸法のプリント板では、全長に対して1%程度の基板のそりがある。このように、金属積層3Dプリント技術を使用した3Dプリンタを利用することによって、シールデッドループアンテナを高精度に製造することができる。 On the other hand, when the semi-rigid cable is bent manually, the accuracy is limited to about ± 1 mm. In the printed board manufacturing technology, the accuracy of characteristic impedance affected by errors such as the thickness of the insulator and the pattern width is about ± 10%. In addition, the printed board has a problem of warping of the substrate. For example, a printed board having a dimension of 30 mm or less has a warpage of the substrate of about 1% with respect to the entire length. As described above, by using a 3D printer using the metal laminated 3D printing technology, a shielded loop antenna can be manufactured with high accuracy.
図1、図2及び図3は、金属積層3Dプリント技術を使用した3Dプリンタの基本動作を説明するための図である。なお、図2及び図3では、後述するシールデッドループアンテナ10を例としているが、他の同軸金属体の製造方法にも利用することが可能である。
1, 2 and 3 are diagrams for explaining the basic operation of the 3D printer using the metal lamination 3D printing technology. 2 and 3, the shielded
図1(a)は、3Dプリンタの造形用テーブルの上にリコータにより第1層目の金属粉が撒かれる工程を示す斜視図である。金属粉Mは図示しない供給装置によってリコータ2に供給され、リコータ2は造形用テーブル1の上方を僅かな隙間を隔てて移動し、造形用テーブル1の上に均一な厚さの1層目の金属粉層M1を形成する。この状態は、図2(a)にも示される。図2(a)に示すように、造形用テーブル1は昇降装置4によって造形タンク5の内部を上下するようになっており、リコータ2によって第1層目の金属粉層M1が形成される時は、造形用テーブル1の上面は造形タンク5の上端5Fに一致している。
Fig.1 (a) is a perspective view which shows the process in which the metal powder of the 1st layer is sprinkled by the recoater on the modeling table of 3D printer. The metal powder M is supplied to the
図1(b)は、図1(a)の工程によって造形用テーブル1の上に形成された金属粉層M1に、レーザ光源3からレーザ光Lが照射されて金属粉Mが溶けて金属MTになる工程を示している。この状態は、図2(b)にも示される。図2(b)に示すように、レーザ光源3からのレーザ光Lは、金属粉層M1の中の金属MTにしたい部分にだけ照射される。
In FIG. 1B, the metal powder layer M1 formed on the modeling table 1 by the process of FIG. 1A is irradiated with the laser light L from the
図2(c)は、図2(b)に示した第1層目の金属粉層M1の上に、リコータ2により第2層目の金属粉層M2が積層される工程を示すものである。リコータ2により第1層目の金属粉層M1が積層され、レーザ光源3によってレーザ光Lの照射が終了した後は、昇降装置4によって造形用テーブル1が第1層目の金属粉層M1の厚さだけ下降する。したがって、リコータ2が第2層目の金属粉層M2を形成する時は、第1層目の金属粉層M1の上面が、造形タンク5の上端5Fに一致している。
FIG. 2 (c) shows a process in which the second metal powder layer M2 is laminated by the
図2(d)は、図2(c)の工程によって造形用テーブル1の上に積層された2層目の金属粉層M2に、レーザ光源3からレーザ光Lが照射される工程を示すものである。レーザ光源3からのレーザ光Lは、金属粉層M1と同様に、金属粉層M2の中の金属MTにしたい部分にだけ照射される。レーザ光源3によって金属粉層M2へのレーザ光Lの照射が終了した後は、昇降装置4によって造形用テーブル1が第2層目の金属粉層M2の厚さだけ下降し、以後同様に金属粉層の形成とレーザ光Lの照射が行われる。
FIG. 2D shows a process in which the
図2(e)は、造形タンク内の造形用テーブルの上に金属粉層が複数層に渡って積層された状態を示す断面図である。リコータ2が第K層目の金属粉層MKを形成する時は、図2(e)に示すように、第K−1層目の金属粉層M(K−1)の上面を、造形タンク5の上端5Fに一致させる。
FIG.2 (e) is sectional drawing which shows the state by which the metal powder layer was laminated | stacked over multiple layers on the modeling table in a modeling tank. When the
図2(f)は、造形タンク内の造形用テーブルの上に金属粉層が最終層まで積層され、金属粉層の中に芯線と外側金属を備えるシールデッドループアンテナ10が形成された状態を示す断面図である。
FIG. 2 (f) shows a state in which the metal powder layer is laminated on the modeling table in the modeling tank up to the final layer, and the sealed
図3(a)は、造形用テーブルの上に最後の層まで積層された金属粉層の内部に形成されたシールデッドループアンテナの一例を透視してみた透視斜視図である。実際には、金属粉層M1〜MNが積層された造形用テーブル1は、図3(a)に示すように、造形タンク5から取り外すことができ、金属MTになっていない金属粉を取り除いてシールデッドループアンテナ10を取り出すことができる。造形用テーブル1の上から取り出したシールデッドループアンテナ10は、後述する様に、中空構造をしており、外側金属11の内部に内側金属12がある。
FIG. 3A is a transparent perspective view of an example of a sealed dead loop antenna formed inside a metal powder layer laminated to the last layer on a modeling table. Actually, the modeling table 1 on which the metal powder layers M1 to MN are laminated can be removed from the
図3(b)は、図3(a)に示したシールデッドループアンテナを金属粉層から取り出し、中に詰まった金属粉を除去する工程を示す斜視図である。造形用テーブル1の上から取り出したシールデッドループアンテナ10の中空部分にはまだ金属粉が残留しているので、図3(b)に示すように、内部の金属粉Mを除去する。このように、内部の金属粉Mを除去する工程の後に、外側金属11の内部に内側金属12が形成されたシールデッドループアンテナ10を作ることができる。
FIG.3 (b) is a perspective view which shows the process of taking out the sealed dead loop antenna shown to Fig.3 (a) from a metal powder layer, and removing the metal powder clogged in. Since the metal powder still remains in the hollow portion of the sealed
図4(a)は、金属積層3Dプリンタによって製造されたシールデッドループアンテナ10に、絶縁部材40を挿通する工程を説明するための図である。図4(b)は、図4(a)に示したシールデッドループアンテナの一方の端部の構造を示す側面図である。
FIG. 4A is a diagram for explaining a process of inserting the insulating
図4(a)に示す様に、金属積層3Dプリンタによって製造されたシールデッドループアンテナ10は、外側金属11と内側金属12とを備える。内側金属12は外側金属11に対して同軸になっており、外側金属11と内側金属12の間にはスペース13がある。シールデッドループアンテナ10は、ループ状部10Lと、ループ状部10Lの両端部に形成された直線部10Sがある。直線部10Sの端部は開口しており、端部15から内側金属12が突出している。
As shown in FIG. 4A, the shielded
外側金属11の内側に内側金属12を仮保持するために、シールデッドループアンテナ10のループ状部10Lには不連続部14があり、不連続部14には内側金属12を仮支持する第1の接続金属部材20が設けられている。シールデッドループアンテナ10の直線部10Sの端部15には、端部15から突出する内側金属12を外側金属11に対して中心(同軸)になるように仮支持する第2の接続金属部材30が設けられている。
In order to temporarily hold the
シールデッドループアンテナ10のループ状部10Lには、内側金属12を外側金属11に対して同軸になるように本固定する絶縁部材40を挿通、或いは本図には図示を省略した溶融された樹脂を注入するための開口部である貫通孔16が設けられている。絶縁部材40或いは溶融された樹脂を用いて、内側金属12を外側金属11に対して同軸になるように本固定する工程については後述する。
An insulating
図4(b)に示す様に、第2の接続金属部材30は、2本のレッグ31,32と、2本のアーム33,34を備えている。2本のレッグ31,32は、その基部がシールデッドループアンテナ10の直線部10Sの外側金属11の外周部に対向する状態で取り付けられ、内側金属12に平行に延伸されている。2本のレッグ31,32の先端部には、レッグ31,32に直交して内側金属12に向かうアーム33,34の一端が接続されている。2本のアーム33,34の他端は、内側金属12の端部に接続されて内側金属12が外側金属11と同軸になるように内側金属12を仮保持している。
As shown in FIG. 4B, the second
2本のレッグ32,32の外側金属11との取付部の近傍には肉薄部35が設けられていて、この部分の2本のレッグ31,32の肉厚が薄くなっている。同様に、2本のアーム33,34の内側金属12との接続部の近傍にも肉薄部35が設けられており、この部分の2本のアーム33,34の肉厚が薄くなっている。このため、内側金属12を後述する方法によって外側金属11に保持させた後は、第2の接続金属部材30をこの肉薄部35の位置で切断すれば、第2の接続金属部材30を容易に除去することができる。
A
図5(a)は不連続部14を拡大した斜視図であり、図5(b)は図5(a)に示す不連続部14を矢印C方向から見た図である。
5A is an enlarged perspective view of the
図5(a)及び図5(b)に示す様に、不連続部14は外側金属11だけが所定長さだけ切り欠かれて不連続になっており、内側金属12は連続している。不連続部14に設けられた第1の接続金属部材20は、内側金属12に平行に不連続部14を接続する2本の長尺ロッド21,22と、長尺ロッド21,22の中央部をそれぞれ内側金属12に接続する短尺ロッド23,24を備える。
As shown in FIGS. 5A and 5B, the
2本の長尺ロッド21,22は、内側金属12を挟んで対向する位置で不連続部14を接続しており、2本の長尺ロッド21,22の外側金属11に近い部分には肉薄部25が設けられており、この部分の2本の長尺ロッド21,22の肉厚が薄くなっている。長尺ロッド21,22の中央部をそれぞれ内側金属12に接続する短尺ロッド23,24の内側金属12に接続する部分は、細径部26になっている。このため、内側金属12を後述する方法によって外側金属11に保持させた後は、第1の接続金属部材20をこれらの肉薄部25の位置と、細径部26の位置で切断すれば、第1の接続金属部材20を容易に除去することができる。
The two
図6は、内側金属12を外側金属11に本固定するための工程を説明するための図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining a process for permanently fixing the
3Dプリンタを用いて製造した外側金属11と内側金属12の間から、第1の接続金属部材20と第2の接続金属部材30を除去するためには、内側金属12を外側金属11に本固定する必要がある。そこで、図4(a)に示した外側金属11のループ状部10Lに設けた複数の貫通孔16に絶縁部材40を挿入して内側金属12を外側金属11に固定する。
In order to remove the first connecting
図6(a)は図4(a)に示したシールデッドループアンテナ10のB部の断面図である。絶縁部材40は、樹脂製の柱状部材であり、先端部がドーム状をしている。一方、絶縁部材40を挿入する貫通孔16に対向する内側金属12の外周面には、内側金属(同軸金属体)12の高周波特性を調整するための凹部17が形成されている。凹部17は、絶縁部材40の先端部のドーム形状に合せた球面状に形成されている。貫通孔16は、外側金属11の同じ位置の円周上に3つ設けられており、3つの絶縁部材40は全て同じ形状をしている。
FIG. 6A is a cross-sectional view of part B of the shielded
図6(b)は、図6(a)に示した樹脂製の柱状部材が外側金属に設けられた貫通孔を挿通して内側金属を支持した状態を示す断面図である。3つの貫通孔16にそれぞれ絶縁部材40を差し込んでドーム状の先端部を凹部17に挿入し、絶縁部材40の後端部を貫通孔16に固定すると図6(b)に示す状態となる。このように3本の絶縁部材40を固定することにより、内側金属12が外側金属11の内部に同軸状態で固定される。
FIG. 6B is a cross-sectional view showing a state in which the resin columnar member shown in FIG. 6A is inserted through a through hole provided in the outer metal and supports the inner metal. When the insulating
図6(c)は、外側金属11に設けられた貫通孔16を挿通させる樹脂製の絶縁部材40の変形例を示すものである。変形例の絶縁部材40´も樹脂製の柱状部材であり、先端部がドーム状をしているが、柱状部の側面にテーパ状の斜面41と段差面42を備えるストッパ43を備えている。
FIG. 6C shows a modification of the
図6(d)は図6(c)に示した変形例の絶縁部材40´により内側金属が外側金属に支持された状態を示す断面図である。ストッパ43を備える絶縁部材40´は、図6(d)に示すように、貫通孔16に差し込み、ストッパ43の斜面41を貫通孔16を通過させて段差面42を外側金属11の内周面に保持させれば、内側金属12が外側金属11の内部に同軸状態で固定される。
FIG. 6D is a cross-sectional view showing a state in which the inner metal is supported by the outer metal by the insulating
図6(b)又は図6(d)に示すように、内側金属12を外側金属11に本固定するための工程を終了した後に、図5を利用して説明したように、不連続部14において第1の接続金属部材20を切り離し、端部において第2の接続金属部材30を切り離して、シールデッドループアンテナ10の製造工程を終了する。
As shown in FIG. 6B or FIG. 6D, the
なお、シールデッドループアンテナ10において、外側金属11の形状は、図4(a)に示す形状に限定されるものではなく、他の形状とすることもできる(例えば、図13参照)。シールデッドループアンテナ10において、内側金属12を外側金属11に本固定する貫通孔16の配置箇所は、図4(a)に示すように、4か所に限定されるものではなく、3か所以下であっても、5か所以上であっても良い。シールデッドループアンテナ10において、不連続部14の配置箇所は、図4(a)に示すように、1か所に限定されるものではなく、2か所以上であっても良い。図6では、3本の絶縁部材を挿入して内側金属12を外側金属11に本固定したが、2本以下又は4本以上の絶縁部材を挿入して内側金属12を外側金属11に本固定しても良い。
In the shielded
図7は、内側金属12を外側金属11に本固定するための他の工程を説明するための図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining another process for permanently fixing the
図4及び図6に示したシールデッドループアンテナ10では、外側金属11に設けられた貫通孔16から絶縁部材40を挿入して内側金属12を外側金属11に本固定した。これに対して、外側金属11に設けられた貫通孔16から溶融状態の樹脂(以後単に「溶融樹脂」と記す)を注入し且つ硬化させることによって、内側金属12を外側金属11に本固定するようにしても良い。
In the shielded
図7(a)は、図4(a)に示したシールデッドループアンテナの外側金属に設けられた貫通孔から溶融樹脂を注入する工程を示す説明図である。図7(a)に示すように、外側金属11のループ状部10Lに設けた複数の貫通孔16にノズル44を差し込み、溶融樹脂供給源45から溶融樹脂を外側金属11と内側金属12の間のスペース13に注入して充填する。
Fig.7 (a) is explanatory drawing which shows the process of inject | pouring molten resin from the through-hole provided in the outer metal of the shielded loop antenna shown to Fig.4 (a). As shown in FIG. 7A, nozzles 44 are inserted into the plurality of through
図7(b)は(a)に示したシールデッドループアンテナの外側金属に設けられた貫通孔に対向する部分に位置する内側金属が環状溝によって縮径されている状態を示す一部切欠き部分斜視図である。図7(b)に示すように、外側金属11に設けられた貫通孔16に対向する内側金属12の対向部の外周面には、内側金属(同軸金属体)12の高周波特性を調整するための凹部17が形成されている。内側金属12の外周面に設けられた凹部17の断面形状は、湾曲面である。図4に示したシールデッドループアンテナ10において、図7(a)に示す他の工程を採用する場合には、図7(b)に示すように内側金属12の凹部17を形成することが好ましい。
FIG. 7B is a partially cutaway view showing a state in which the inner metal located at the portion facing the through hole provided in the outer metal of the sealed dead loop antenna shown in FIG. It is a fragmentary perspective view. As shown in FIG. 7B, the outer peripheral surface of the facing portion of the
図7(c)は(b)に示した貫通孔から樹脂が外側金属の内部に充填される工程を示す部分断面図である。貫通孔16から溶融樹脂を注入すると、溶融樹脂は図7(c)に示すように外側金属11と内側金属12の間のスペース13に充填される。図7(c)には、1つの貫通孔16から注入された溶融樹脂が外側金属11と内側金属12の間のスペース13に次第に充填されてゆく様子が示されている。
FIG.7 (c) is a fragmentary sectional view which shows the process with which resin is filled into the inside of an outer metal from the through-hole shown to (b). When the molten resin is injected from the through
溶融樹脂は、内側金属12の周囲に回り込むまで十分な量を注入し、内側金属12が外側金属11の内部に配置されるようにする。波紋状の曲線は、1つの貫通孔16から注入された溶融樹脂が、スペース13内に徐々に広がってゆく様子を時間の経過と共に示すものである。スペース13に充填された溶融樹脂が冷えて固まると、内側金属12が外側金属11の内部に同軸状態で固定される。
The molten resin is injected in a sufficient amount until it wraps around the
外側金属11に設けた貫通孔16から溶融樹脂を外側金属11と内側金属12の間のスペース13に充填し、樹脂が冷えて固まれば内側金属12が外側金属11の内部に同軸状態で固定される。従って、溶融樹脂を用いて内側金属12を外側金属11に本固定する場合、図4(a)に示したように貫通孔16は必ずしも3つ必要ではない。
When the molten resin is filled into the
図8は、外側金属11の所定箇所に設ける貫通孔16の配置数を変更した場合を説明するための図である。
FIG. 8 is a diagram for explaining a case where the number of through
図8(a)は外側金属11の所定箇所に設ける貫通孔16の設置数が1である実施例を示すものである。図8(b)は外側金属11の所定箇所に設ける貫通孔16の設置数が2である実施例を示すものである。図8(c)は外側金属11の所定箇所に設ける貫通孔16の設置数が4である実施例を示すものである。図8(a)〜図8(c)に示すように、シールデッドループアンテナの外側金属に設けられた貫通孔の個数は、図4(a)に示すように、3個に限定されない。図8(a)〜図8(c)の何れの場合においても、貫通孔16に対向する内側金属12の外周面には、高周波特性を調整するための、湾曲面を備えた凹部17が形成されている。なお、図6に示すように、絶縁部材40を用いて、内側金属12を外側金属11に本固定する場合も、同様である。
FIG. 8A shows an embodiment in which the number of through
図9は、内側金属12を外側金属11に本固定するための更に他の工程を説明するための図である。
FIG. 9 is a view for explaining still another process for permanently fixing the
図7(a)に示す内側金属12を外側金属11に本固定するための他の方式では、溶融樹脂を3つの貫通孔16から注入し、図7(b)に示す湾曲面を備えた凹部17を内側金属12に設けた。これに対して、図9に示す更に他の工程では、4か所の貫通孔16から溶融樹脂を注入し、内側金属12及び外側金属11の内側の形状をさらに変形させている。
In another method for fixing the
図9(a)は外側金属の所定箇所に設ける貫通孔が対向位置にあり、外側金属の内周面に段階的な拡径部、対応する内側金属の外周面に段階的な縮径部が設けられ、貫通孔を通じて外側金属と内側金属の間に樹脂が充填された状態を示す部分断面図である。図9(a)に示すように、内側金属12の外周面に設けられた凹部17に加えて、外側金属11の内周面にも凹部18が設けられている。貫通孔16の対向部の内側金属12の外周面に設けられる凹部17は、内側金属12を縮径して設けられ、縮径の程度は、貫通孔16と対向した部位が最も大きく、貫通孔16の対向部からの距離が大きいほど縮径の程度が小さい。内側金属12の縮径は、図9(a)に示すような段階的なものに限定されるものではなく、連続的に行うこともできる。
FIG. 9 (a) shows that through holes provided at predetermined locations on the outer metal are in opposing positions, and a stepped diameter expansion portion is formed on the inner peripheral surface of the outer metal, and a stepped diameter reduction portion is formed on the outer peripheral surface of the corresponding inner metal. It is a fragmentary sectional view which shows the state with which resin was filled between the outer side metal and the inner side metal provided. As shown in FIG. 9A, in addition to the
図9(a)に示すように、貫通孔16の周辺部の外側金属11の内周面が拡径されて凹部18が設けられている。凹部18の拡径の程度は、貫通孔16と周辺部が最も大きく、貫通孔16からの距離が大きいほど拡径の程度が小さい。外側金属11の縮径は、図9(a)に示すような凹部17の縮径に合わせた段階的なものに限定されるものではなく、連続的に行うこともできる。図4に示したシールデッドループアンテナ10において、図9に示す更に他の工程を採用する場合には、図9(a)に示すように内側金属12の凹部17及び外側金属11の凹部18を形成することが好ましい。
As shown in FIG. 9A, the inner peripheral surface of the
図9(b)には、外側金属11の所定箇所に設けられた4か所の貫通孔16から溶融樹脂が注入され、溶融樹脂が外側金属11と内側金属12の間のスペース13に次第に充填されてゆく様子が示されている。図9(b)に示す波紋状の曲線は、4つの貫通孔16から溶融樹脂が同時に注入された場合に、樹脂がスペース13内に徐々に広がってゆく様子を時間の経過と共に示すものである。スペース13に充填された溶融樹脂が冷えて固まると、内側金属12が外側金属11の内部に同軸状態で固定される。
In FIG. 9B, molten resin is injected from four through
以下に、内側金属12の外周面に形成する凹部17及び外側金属11の内周面に形成する凹部18の効用について説明する。凹部17及び凹部18は、スペース13に充填する樹脂の誘電率と空間占有率から計算される特性インピーダンスを、外側金属11と内側金属12を備える同軸構造の設計値と一致させることによって、高周波特性の悪化を抑えるための構成である。
Below, the effect | action of the recessed
まず、図6(a)に示した凹部17について説明する。内側金属12の直径をa、外側金属11の内径をb、外側金属11の内径bを内側金属12の直径aで割った値(b/a)をkとする。絶縁部材40の直径をv、本数をn、比誘電率をεsとする。図6(a)に示した内側金属12に凹部17がない場合の等価比誘電率εrは以下の式1で求めることができる。
εr=(s0+ss(εs−1))÷s0・・・(1)
ここで、s0はスペース13の断面積(=π(b2+a2))、ssは絶縁部材40の断面積(=v(b−a)n)である。
すると、比率k=b/aを以下の式2で計算することができる。
k=10[(50×√εr)/138]・・・(2)
First, the recessed
εr = (s0 + ss (εs-1)) / s0 (1)
Here, s0 is the cross-sectional area of the space 13 (= π (b 2 + a 2 )), and ss is the cross-sectional area of the insulating member 40 (= v (b−a) n).
Then, the ratio k = b / a can be calculated by the following
k = 10 [(50 × √εr) / 138] (2)
等価誘電率εrの条件では、式2からk2=b/aの比率を計算する。
このk2から凹部17の深さδは以下の式3で決まる。
δ=[a2×(1−[k2/k22])×π]/3v・・・(3)
ここで、kは式2で求められる同軸構造のb/aの比率、k2は絶縁部材40の影響を考慮した時のb/a2比率、a2は絶縁部材40の影響を考慮した等価中心導体半径である。
Under the condition of equivalent dielectric constant εr, the ratio of k2 = b / a is calculated from
From this
δ = [a 2 × (1- [k 2 / k 2 2 ]) × π] / 3v (3)
Here, k is the ratio of b / a of the coaxial structure obtained by
計算例を挙げると、例えば、a=1、εr=1とした時に、式2を用いてk=2.3が決まる。
次に、絶縁部材40の比誘電率εsを2.0とし、絶縁部材40の直径をv=0.5mmとし、図6(a)に示したように絶縁部材40の本数を3とすると、
式1からεr=1.44、式3からδ=0.23mmと計算される。
ここで、k=2.3、k2=2.44は、式2を用いて計算される。
As a calculation example, for example, when a = 1 and εr = 1, k = 2.3 is determined using
Next, when the relative dielectric constant εs of the insulating
From
Here, k = 2.3 and k2 = 2.44 are calculated using
図10は、凹部17の有無による高周波特性(特性インピーダンス)の改善具合を示す、TDRのシミュレーションによるグラフである。
FIG. 10 is a graph by TDR simulation showing how the high-frequency characteristics (characteristic impedance) are improved by the presence or absence of the
図10(a)は、外側金属に設けられた貫通孔に対向する内側金属の外周面に環状の凹部が無い場合の高周波特性を示すグラフである。図10(b)は、外側金属に設けられた貫通孔に対向する内側金属の外周面に環状の凹部がある場合の高周波特性を示すグラフである(図6(b)に示す状態)。図10(a)及び(b)において、縦軸は特性インピーダンスを表し(500mWが50Ωに相当する)、横軸は水平距離(0.1nsが7mmに相当する)を表している。 FIG. 10A is a graph showing the high-frequency characteristics when there is no annular recess on the outer peripheral surface of the inner metal facing the through hole provided in the outer metal. FIG.10 (b) is a graph which shows a high frequency characteristic when there exists an annular recessed part in the outer peripheral surface of the inner side metal facing the through-hole provided in the outer side metal (state shown in FIG.6 (b)). 10A and 10B, the vertical axis represents characteristic impedance (500 mW corresponds to 50Ω), and the horizontal axis represents horizontal distance (0.1 ns corresponds to 7 mm).
図10(a)では、0.2ns近傍に窪んだ波形が現れているのに対して、図10(b)では、図10(a)に見られるような窪んだ波形が現れていない。すなわち、内側金属12に凹部17を設けたことにより、特性インピーダンスが安定していることが分かる。
In FIG. 10A, a depressed waveform appears in the vicinity of 0.2 ns, whereas in FIG. 10B, a depressed waveform as seen in FIG. 10A does not appear. That is, it can be seen that the characteristic impedance is stable by providing the
次に、図9(a)に示した凹部17及び凹部18について説明する。図9(a)に示すように、凹部17及び凹部18は3段階のステップ構造をしている。すなわち、内側金属12と外側金属11の間に、空気しか存在しないA領域、樹脂と空気が混在するB領域、及び樹脂が充填されているC領域がある。図9(a)に示す構造では、下記の式4により3つの領域A,B,Cにおける同軸構造の高周波特性を代表する特性インピーダンスZ0を全て一致させるようにして、高周波特性の劣化を抑えるものである。
Z0=(138/√εn)log(b/a)・・・(4)
Next, the recessed
Z 0 = (138 / √εn) log (b / a) (4)
具体的な計算例を示すと、3つの領域A,B,Cにおける特性インピーダンスを、全て50Ωに一致させる場合の手順は以下の通りである。
(1)同軸構造の寸法を、内側金属12の直径をa、外側金属11の内径をbとする。
(2)固定用の樹脂の比誘電率をεsとする。
(3)領域Aの寸法は基本の通りとする。
(4)領域Bにおける等価比誘電率εr=εs/2とする。
(5)領域Bの同軸構造の寸法は式2で求められるk=b/aの比率を計算する。
(6)b/aがkとなるように領域Bにおける寸法を決定する。
(7)領域Cにおける等価比誘電率εr=εsとする。
(8)式2を用いて比率kを求める。
(9)b/aがkとなるように領域Cにおける寸法を決定する。
As a specific calculation example, the procedure for making all the characteristic impedances in the three regions A, B, and C coincide with 50Ω is as follows.
(1) The dimensions of the coaxial structure are such that the diameter of the
(2) The relative dielectric constant of the fixing resin is εs.
(3) The dimensions of the area A are as basic.
(4) Equivalent relative dielectric constant εr = εs / 2 in region B.
(5) For the size of the coaxial structure in the region B, the ratio of k = b / a obtained by
(6) The dimension in the region B is determined so that b / a becomes k.
(7) Equivalent relative dielectric constant εr = εs in region C.
(8) The ratio k is obtained using
(9) The dimension in the region C is determined so that b / a becomes k.
なお、3段階のステップ構造における凹部17の段差dの寸法は、下式5を用いて、なるべく小さくすることができる。
d=(−b+ak)/(1+k)・・・(5)
例えば、a=1.5、b=3.4、k=4.2の時、d=0.56となり、新たなa2、b2は以下のようになる。
a2=a−d=0.94
b2=b+d=3.96
In addition, the dimension of the level | step difference d of the recessed
d = (− b + ak) / (1 + k) (5)
For example, when a = 1.5, b = 3.4, and k = 4.2, d = 0.56, and the new a2 and b2 are as follows.
a2 = ad = 0.94
b2 = b + d = 3.96
図11は、凹部17及び凹部18の有無による高周波特性(特性インピーダンス)の改善具合を示す、TDRのシミュレーションによるグラフである。
FIG. 11 is a graph by TDR simulation showing how the high frequency characteristics (characteristic impedance) are improved depending on the presence or absence of the
図11(a)は、外側金属11に設けられた貫通孔16に対向する内側金属12の外周面に環状の凹部17が無く且つ外側金属11の内周面に環状の凹部18が無い場合の高周波特性を示すグラフである。図11(b)は、外側金属11に設けられた貫通孔16に対向する内側金属12の外周面に環状の凹部17が設けられ且つ外側金属11の内周面の環状の凹部18が設けられた場合の高周波特性を示すグラフである。図11(a)及び(b)において、縦軸は特性インピーダンスを表し(500mWが50Ωに相当する)、横軸は水平距離(0.1nsが7mmに相当する)を表している。
FIG. 11A shows a case where there is no
図11(a)では、0.1〜0.3ns近傍に、複数段階で窪んだ波形が現れているのに対して、図11(b)では、図11(a)に見られるような窪んだ波形が現れていない。すなわち、内側金属12に凹部17を設け且つ外側金属11に凹部18を設けたことにより、特性インピーダンスが安定していることが分かる。
In FIG. 11 (a), a waveform that is depressed in a plurality of stages appears in the vicinity of 0.1 to 0.3 ns, whereas in FIG. 11 (b), a depression as seen in FIG. 11 (a). No waveform appears. That is, it can be seen that the characteristic impedance is stable by providing the
図12は、内側金属12及び/又は外側金属11に形成される凹部の他の例を示す図である。
FIG. 12 is a diagram illustrating another example of the recess formed in the
図12(a)は、外側金属11に設けた貫通孔16の周囲だけに凹部18を設けた例である。図12(b)は、外側金属11に設けた貫通孔16の周囲だけに凹部18を設けた別の実施例である。図12(c)は、外側金属11に設けた貫通孔16の周囲は平坦であり、内側金属12の貫通孔16に対向する部分だけにステップ形状の凹部17を設けた例である。図4(a)に示すシールデッドループアンテナ10において、図12(a)〜図12(c)に示すような内側金属12及び/又は外側金属11に形成される凹部の形状を採用することができる。なお、凹部17,18の形状はこれらの形状に限定されるものではない。
FIG. 12A shows an example in which the
図13は、他の形状の3Dシールデッドループアンテナ50を示す図である。図13(a)は3Dシールデッドループアンテナ50の平面図、図13(b)は図13(a)に示し3Dシールデッドループアンテナ50の側面図である。
FIG. 13 is a diagram illustrating a 3D shielded
図13に示す3Dシールデッドループアンテナ50は、3次元方向の磁界を測定するためのアンテナであって、前述したシールデッドループアンテナ10と同様の同軸金属体の製造方法によって製造することができる。具体的には、金属積層3Dプリント技術を使用した3Dプリンタによって、不連続部に設けられた第1の接続金属接続部材及び端部に設けられた第2の接続金属接続部材によって外側金属11に対して内側金属12が仮保持された3Dシールデッドループアンテナ50の外形骨格を形成し。その後、不図示の貫通孔から絶縁部材を挿入等して内側金属12を外側金属に対して本固定し、第1の接続金属接続部材及び第2の接続金属接続部材を切り離すことにより、3Dシールデッドループアンテナ50の製造を終了する。
A 3D shielded
3Dシールデッドループアンテナ50は、3つのシールデッドループアンテナ51,52,53が合体して形成されたものである。3つのシールデッドループアンテナ51,52,53は120度間隔で放射状に合体され、その直線部51S,52S,53Sに対してループ状部51L,52L,53Lが35度程度折り曲げられている。3Dシールデッドループアンテナ50はX方向、Y方向及びZ方向の磁界を1つのアンテナ素子で測定することができる。このように、本出願の同軸金属体の製造方法によれば、各種のシールデッドループアンテナを製造することができる。
The 3D sealed
10 シールデッドループアンテナ
10L ループ状部
10S 直線部
11 外側金属
12 内側金属
14 不連続部
16 貫通孔(開口部)
17、18 凹部
20 第1の接続金属部材
21,22 長尺ロッド
23,24 短尺ロッド
30 第2の接続金属部材
31,32 レッグ
33,34 アーム
40 絶縁部材
50 3Dシールデッドループアンテナ
DESCRIPTION OF
17, 18
Claims (8)
不連続部と開口部を有する前記外側金属、前記開口部と対向した対向部を有する前記内側金属、及び、前記不連続部において前記外側金属に対して前記内側金属を仮支持する接続金属部材を3Dプリンタを用いて形成し、
前記開口部から絶縁部材を挿入して、前記外側金属に対して前記内側金属を支持する様に、前記開口部と前記対向部の間に前記絶縁部材を配置し、
前記接続金属部材を除去する、
工程を有することを特徴とする同軸金属体の製造方法。 A method for producing a coaxial metal body comprising a tubular outer metal and an inner metal disposed inside the outer metal,
The outer metal having a discontinuous portion and an opening, the inner metal having a facing portion facing the opening, and a connecting metal member that temporarily supports the inner metal with respect to the outer metal at the discontinuous portion. Formed using a 3D printer,
An insulating member is inserted from the opening, and the insulating member is disposed between the opening and the facing portion so as to support the inner metal with respect to the outer metal.
Removing the connecting metal member;
The manufacturing method of the coaxial metal body characterized by having a process.
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